具有区域依赖性热效率的温度受控等离子体处理腔室部件

摘要

用于在等离子体处理设备执行等离子体处理时控制处理或腔室部件温度的部件和系统。第一传热流体通道设置于部件中、等离子体处理腔室内设置的工作表面下方，使得该第一通道在该工作表面的第一温度区域下方的第一长度可包括与该第一通道在该工作表面的第二温度区域下方的第二长度不同的传热系数(h)或传热面积(A)。在实施例中，不同的传热系数或传热面积设置成温度区域的函数，以使对该第一温度区域与该第二温度区域的温度控制更为独立。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求在201 0年6月11日递交的题为“TEMPERATURE CONTROLLED PLASMA PROCES SING CHAMBER COMPONENT WITH ZONE DEPENDENT THERMAL EFFICIENCIES”的美国临时申请 61/354,1 58、以及2011年5月1 9 日递交的题为“TEMPERATURE CONTROLLED PLASMA PROCES SING CHAMBER COMPONENT WITH ZONE DEPENDENT THERMAL EFFICIENCIES”的美国专利申请 13/111,384的优先权，上述美国临时申请及专利申请的整体内容通过引用 结合于本说明书中。

技术领域

本发明的实施例一般地涉及等离子体处理设备，且更具体地涉及在等 离子体处理腔室内处理工件期间控制温度的方法。

背景技术

在等离子体处理腔室(诸如等离子体蚀刻或等离子体沉积腔室)中， 腔室部件的温度通常都是处理期间要控制的重要参数。举例而言，衬底固 定座(通称为夹具或台座)的温度可以受到控制，以在处理配方期间将工 件加热/冷却至各种受控制温度(例如以控制蚀刻率)。同样地，在处理配 方期间，喷头/上电极或其它部件的温度也可受控制，以影响处理(例如蚀 刻率均匀性)。

通常，等离子体处理腔室的设计中的各种限制都需要将传热介质引导 至温度受控制部件，以致于在部件的非期望的部分内产生传热。举例而 言，当处理气体分布喷头或工件夹具具有可独立受控以分隔开设定点温度 或更好地管理区域间的相异热负荷的多个区域时，用以控制第一温度区域 (也即，目标区域)的传热介质也可在到目标温度区域或离开目标温度区 域的途中行进至接近第二温度区域(也即，旁侧区域)。因此，独立驱动 多个温度区域会在区域之间产生明显的串扰、以及在旁侧区域内产生明显 的温度不均匀性。

发明内容

用于在等离子体处理设备执行等离子体处理时控制处理或腔室部件温 度的部件和系统。在某些实施例中，具有工作表面的等离子体处理腔室部 件设置于等离子体处理腔室内。第一传热流体通道设置于该部件中该工作 表面下方，使得该第一通道在该工作表面的第一区域下方的第一长度可包 括与该第一通道在该工作表面的第二区域下方的第二长度不同的传热系数 h或传热面积A。举例而言，当该第二长度位于该第一长度的下游时，该 第一长度具有比第二长度较低的传热系数h，以使得第一传热流体对第一 区域温度的影响比第一传热流体对第二区域的影响小(例如降低的传热率 )。在实施例中，不同的传热系数或传热面积设置成温度区域的函数， 以使对第一温度区域与第二温度区域的温度控制更为独立。

在另一实施例中，当部件包括设置在工作表面的第一区域下方的第二 传热流体通道时，在第二通道的长度上的传热系数或传热面积大于在第一 通道的第一长度上的传热系数或传热面积，以使得经过第二通道的第二传 热流体对于第一区域温度的影响会比经过第一通道的第一长度的第一传热 流体更大。在示例性实施例中，当该部件是衬底夹具或处理气体喷头时， 该工作表面为圆形且该第一区域包括圆形工作表面的环形部分，该环形部 分围绕该第二区域。

在某些实施例中，传热流体通道的长度设计成调节传热系数或传热面 积中的一者。在特定实施例中，经由在通道第一长度周围结合阻热材料套 部，以增加相对于第二长度的热阻值，在第一长度上的传热系数比第二长 度上的传热系数低。在另一实施例中，第一通道的第一长度设置于该工作 表面下方沿着第一长度比沿着第二长度较大的距离处，和/或比第二传热流 体通道长度更大的距离处。另外或替代地，断热器(例如排空空间或非金 属材料)可另设置于第一通道与沿着第一长度的至少一部分的工作表面之 间，以增加相对于第二长度的热阻值。

在实施例中，例如经由在第二长度上而不在第一长度上结合鳍部，在 第一长度上的传热面积比在第二长度上的传热面积小。

实施例包括等离子体处理腔室(诸如等离子体蚀刻或等离子体沉积系 统)，等离子体处理腔室具有耦接至散热器和/或热源的温度受控制部件。 该温度受控制部件系通过第一传热流体回路而耦接至第一散热器/热源，该 第一流体回路经过分别内嵌在温度受控制部件的第一区域与第二区域中的 通道的第一长度与第二长度。温度受控制部件通过第二传热流体回路而进 一步耦接至第二散热器/热源，该第二流体回路仅通过内嵌在第一区域中的 通道长度。第一通道的第一长度具有的传热系数或传热面积不同于第二长 度和/或第二通道的传热系数或传热面积。

附图说明

本发明的实施例已具体被提出、且在说明书的总结部分中已被明确要 求权利。然而，本发明的实施例(关于构造与操作方法两者)以及本发明 的对象、特征和优势皆可通过参照上述详细说明以及阅读附图而被了解， 其中：

图1A为根据本发明的实施例的温度受控制等离子体处理腔室部件的 布局图，该部件包括具有多个温度区域的工作表面；

图1B与图1C为根据本发明的实施例的图1A所示的温度受控制等离 子体处理腔室部件的平面图，示出在第一区域中的工作表面温度变化；

图2A根据本发明的实施例而示出沿着图1中所示的温度受控制等离 子体处理腔室部件的A-A’线的截面图；

图2B根据本发明的实施例而示出沿着图1中所示的温度受控制等离 子体处理腔室部件的B-B’线的截面图；

图3A根据本发明的实施例而示出沿着图1中所示的温度受控制等离 子体处理腔室部件的A-A’线的截面图；

图3B根据本发明的实施例而示出沿着图1中所示的温度受控制等离 子体处理腔室部件的B-B’线的截面图；

图4A根据本发明的实施例而示出沿着图1中所示的温度受控制等离 子体处理腔室部件的A-A’线的截面图；

图4B根据本发明的实施例而示出沿着图1中所示的温度受控制等离 子体处理腔室部件的B-B’线的截面图；

图5A根据本发明的实施例而示出沿着图1中所示的温度受控制等离 子体处理腔室部件的A-A’线的截面图；

图5B根据本发明的实施例而示出沿着图1中所示的温度受控制等离 子体处理腔室部件的B-B’线的截面图；

图6A根据本发明的实施例而示出沿着图1中所示的温度受控制等离 子体处理腔室部件的A-A’线的截面图；

图6B根据本发明的实施例而示出沿着图1中所示的温度受控制等离 子体处理腔室部件的B-B’线的截面图；

图7图示根据本发明的实施例的等离子体蚀刻系统的示意图，该离子 体蚀刻系统包括温度受控制处理气体喷头；以及

图8图示根据本发明的实施例的等离子体蚀刻系统的示意图，该离子 体蚀刻系统包括温度受控制衬底支撑夹具。

具体实施方式

在下述详细说明中，提出各种具体细节以供透彻理解本发明的实施 例。然而，本领域技术人员应了解可在没有这些具体细节的情况下实施其 它实施例。在其它实例中，已知方法、程序、部件与电路都没有详细说 明，以免混淆本发明。

在本文中，术语“耦接”与“连接”、以及所述术语的衍生语用以描 述部件之间的结构关系。应了解这些术语并非代表彼此同义。相反，在特 定实施例中，“连接”可以用于指两个或两个以上组件彼此直接物理或电 气接触。“耦接”可以用于表示两个或两个以上组件彼此直接或间接(利 用在组件之间的其它中间组件)物理或电气接触，和/或两个或两个以上组 件彼此共同操作或互相作用(例如有因果关系)。

本文中所描述的是等离子体腔室部件，该部件包括第一传热流体通 道，其中，设置于该部件的目标温度区域外部的通道的一部分设计为具有 比设置于该部件的目标区域内的第一通道的一部分更小的传热系数h或传 热面积A。通过降低传热系数h和/或传热面积A，可降低流经目标区域外 部的第一通道部分的传热流体对于在目标区域外部的部件的工作表面温度 的影响，即便在目标温度区域外部的热力学驱动力ΔT为最大。这对于包 括第二温度受控制区域的等离子体腔室部件特别有利(其中第一传热流体 通道经过该第二温度受控制区域而接近目标区域)。因此，在第二区域中 工作表面的温度与第一传热流体通道较少地相关，且可提升第二区域内表 面温度的均匀性。

在实施例中，温度受控制等离子体处理腔室部件包括工作表面，该工 作表面设置于等离子体处理腔室内，诸如在图7与图8中将进一步说明的 等离子体蚀刻系统。图1A为根据本发明的实施例的示例性温度受控制等 离子体处理腔室部件100的布局图。在第一示例性实施例中，如图7将进 一步图示的，部件100是处理气体分布喷头，处理气体经过该喷头而提供 至等离子体处理腔室中。在第二示例性实施例中，如图8将进一步图示 的，部件100是工件支撑夹具或台座，在等离子体处理操作期间工件设置 于该工件支撑夹具或台座上。在另一实施例中，用以为示例性实施例提供 本文描述的特征/功能的温度受控制等离子体处理腔室部件包括腔室壁衬 体。

对于第一与第二示例性实施例，部件100包括圆形工作表面126，该 工作表面126可以暴露于等离子体(例如在喷头的实施例中)、或可以支 撑工件(例如在夹具的实施例中)。在图1A中，工作表面126可以认为 是透明的以使工作表面126下面(下方)的传热流体通道可被看见。然 而，工作表面126通常具有半导体(例如硅)、阳极化表面(例如 Al₂O₃)、陶瓷(例如氧化镱)、或常规用于等离子体处理设备的任何其它 材料。如图所示，温度区域105具有环形形状，而温度区域110则为圆形 且被温度区域105包围或限界而形成部件100的“内部”与“外部”温度 区域。区域105和110的环形布置是等离子体处理设备的圆柱对称性的函 数，这些离子体处理设备构造成处理半导体/微电子/光电制造领域中常规 的碟形晶片衬底，且应知在其它实施例中，两个温度区域也可仅为相邻 (例如在光伏制造中常规的直列式等离子体处理设备中)。

在实施例中，温度受控制等离子体处理腔室部件包括在工作表面126 下方的至少一个传热流体通道，该至少一个传热流体通道形成耦接至等离 子体处理设备的传热流体回路的一部分。传热流体是本领域中已知的、适 合用于传热至部件100(特别是放置有热负荷的工作表面126)/从部件 100传热的任何传热流体，以控制多个温度区域中的一者或多者。适合的 传热流体的示例包括水基混合物，诸如(Solvay S.A.所提供)或 Fluorinert^TM(3M Company所提供)。在所述的示例性实施例中，第一传 热流体通道包括多个流体通道长度112A、113A与114A。如图所示，传热 流体1经由第一通道长度112A而流至部件100中、流至在第一通道长度 112A下游的第二通道长度113A、流至在第二通道长度113A下游的第三 通道长度114A、并流出部件100。通道长度112A、113A、114A内嵌于部 件100内而位于工作表面126下方。

在实施例中，温度受控制等离子体处理腔室部件包括多个温度区域。 一般而言，温度区域是将设置于等离子体处理腔室内的工作表面的相邻/周 围区域，且这些温度区域可受控制而达到彼此独立的设定点温度。温度区 域的独立性可避免在不同区域内的不同传热流体流动(如被提供以控制目 标区域的温度)影响另一区域(例如旁侧区域)的温度。举例而言，在利 用某种形式的反馈/前馈控制、且根据控制算法第一区域需要大传热流体流 动且第二区域不需传热流体流动时，经由第二区域而通过传热流体通道进 入第一区域的大流动应不会改变第二区域的温度。

特定传热流体控制的温度区域(也即目标区域)是经过该区域内的特 定传热流体通道的传热流体所提供的传热率的函数，其中提供较高传热 率的流体通道会在工作表面126上的特定位置处产生较大的控制效果。 一般而言，传热流体在不同温度区域之间所具有的传热率的差异(例如至)越大，串扰越少，且相邻区域的温度独立性越高。现考虑第 一温度区域与第二温度区域之间的传热矩阵： $\left(\begin{array}{cc}{\stackrel{·}{Q}}_{21}& {\stackrel{·}{Q}}_{22}\end{array}\right),$

其中代表第一传热流体对区域1的影响、代表第一传热流体 对第二区域的影响、代表第二传热流体对第一区域的影响、而代 表第二传热流体对第二区域的影响。为对每一区域进行独立的温度控制 (例如经由前馈和/或反馈机制)，在使和最大化的同时使串扰项 和最小化。

在实施例中，经由在温度受控制部件内的多个传热组件来提供多个温 度区域。传热组件可以是本领域中任何已知的，诸如传热流体通道、热电 (TE)元件、电阻式加热元件等。在包括第一传热流体通道的示例性实施 例中，通过增加与第一传热流体通道结合的第二加热元件、第三加热元件 等而提供多个温度区域。举例而言，第一传热流体通道可以与TE元件或 电阻式加热元件结合。然而，就图1A所示的示例性实施例而言，第一传 热流体通道与第二传热流体通道107A结合，以提供多个温度区域。更具 体而言，第二传热流体通道107A位于温度区域105下方。如图所示，第 二传热流体通道107A的所有长度132A、133A与134A位于温度区域105 内，以使得流体2在不经过另一温度区域的情况下被送入部件100中和离 开部件100。

在实施例中，温度受控制等离子体处理腔室部件100包括至少一个传 热流体通道，该至少一个传热流体通道在超过一个温度区域内具有通道长 度。在图1A所表示的示例性实施例中，第一传热流体通道具有的通道长 度在温度区域105内(例如长度112A与114A)以及在温度区域110内 (例如长度113A)。因此，流体1中至少有一供给部分和/或一返回部分 经过温度区域105。根据传热流体通道的路径构造，在第一区域(例如温 度区域105)中的通道长度可以近似与第二相邻区域(例如温度区域 110)中的通道长度相等。无论是经由第二传热流体通道或以其它方式 (例如TE元件)来控制第二温度区域(例如温度区域110)，在超过一 个温度区域内具有通道长度的至少一个传热流体通道会在相邻温度区域间 产生不期望的串扰(例如大的与项)，并产生部件的工作表面的 明显温度变化，如图1B中所示。然而，其它硬件限制(例如处理气体分 布组件、举升销组件等)会促进产生这种流体通道布局。

如图1A中进一步图示，附加传热流体通道可结合至部件100中，以 改进表面温度控制(例如传热率的均匀性)。举例而言，温度区域110进 一步包括第三传热流体通道，该第三传热流体通道包括设置于部件100中 的长度112B、113B与114B，长度112B、113B与114B围绕部件的中心 轴101而与长度112A、113A与114A呈对称(也即方位角(θ)对称)， 以在温度区域110中提供流体1的第二平行来源。类似地，温度区域105 进一步包括第四传热流体通道107B，该第四传热流体通道107B以围绕部 件中心与第二传热流体通道107A对称的方式设置于部件100中。为说明 清晰起见，长度112A、113A、114A、112B、113B与114B可与通道 107A与通道107B一样被交替地标注，应理解标有“A”后缀的附图标记 的特性也可应用至标有“B”后缀的相同附图标记。

在实施例中，在目标温度区域中的传热流体通道的长度与在目标温度 区域外部(也即在旁侧温度区域内)的传热流体通道的长度具有不同的传 热系数h或不同的传热面积A。在实施例中，在工作表面的第一区域下方 的第一通道的第一长度与在工作表面的第二区域下方的第一通道的第二长 度包括不同的传热系数h。就图1A所代表的示例性实施例而言，在通道 长度112A上的传热系数h与在通道长度113A上的传热系数h不同。在特 定实施例中，在通道长度112A上的传热系数h小于在通道长度113A上的 传热系数h。

在另一实施例中，在工作表面的第一区域下方的第一通道的第一长度 与在工作表面的第二区域下方的第一通道的第二长度包括不同的传热面积 A。就图1A所表示的示例性实施例而言，在通道长度112A上的传热面积 A与在通道长度113A上的传热面积A不同。在特定实施例中，在通道长 度112A上的传热面积A小于在通道长度113A上的传热面积A。

在其它实施例中，传热系数h和/或传热面积A在第一通道长度上小于 在第二通道长度上的差量将大于在两个通道长度间的ΔT的任何减少量， 以使得可在第一通道长度中实现相对较低的传热率，即使是针对预期ΔT 比下游长度更大的通道的上游长度。就图1A所示的示例性实施例而言， 在第一通道长度112A上的hA乘积小于在第二通道长度113A上的hA乘 积。

在另一实施例中，在第二长度下游的第一传热流体通道的第三长度 (其也在第一区域下方)所具有的传热系数h或传热面积A小于第二长度 上的传热系数h或传热面积A。举例而言，回到图1B，长度114A比长度 113A(在目标区域110内的长度)具有更低的传热系数h和/或传热面积 A。因此，当设置在非目标区域(例如105)中的第一通道(例如112A) 的传热系数h和/或传热面积A中的一者或两者都充分降低时，可降低与设 置在第一区域下方的第二通道(例如107A)间的串扰，且当第二通道以 第二温度传送第二传热流体时，可通过以第一区域处为目标的第二传热流 体来更均匀地将第一区域内的工作表面(例如，126)的温度控制到设定 点温度(例如图1C中所示的)。

图2A根据本发明的实施例而示出沿着图1中所示的温度受控制等离 子体处理腔室部件100的A-A’线的截面图。部件100是多层组件，该多层 组件至少包括第一层220与第二层225。各层220与225可具有例如常规 用于单层部件的材料。在某些实施例中，第二层225具有高热导率的材 料，以降低沿着工作表面126的散布热阻。然而在其它实施例中，第二层 225具有低热导率的材料，以将传热局限在工作表面126的最靠近传热流 体通道的区域中。

部件100还包括多个传热流体通道层，其中通道长度114A形成于层 220内，且通道长度113A形成于层225内。第一与第二传热流体层经由形 成在覆盖层227中的连接器228而彼此连接。在特定实施例中，部件100 的第一层220经加工，以形成第一传热流体通道长度(例如长度114A) 的第一图案。接着加工覆盖层227，以使连接器228对应于第一传热流体 通道的位置并接着固定(例如铜焊、焊接、热接合等)至第一层200，由 此封闭第一传热流体通道。第二层225经类似加工，以形成第二传热流体 通道长度(例如长度113A)的第二图案，然后第二层225被类似地固定 至覆盖层227。例如因为相对于通道长度113A在工作表面126与通道长度 114A之间更大的距离和/或附加覆盖层227(附加覆盖层227可经选择以 具有相对较低的热导率)而导致传热系数较低，所以在旁侧区域(例如区 域105)中的热阻值R₁可以充分大于在目标区域(例如区域110)中的热 阻值R₂。

如图2A中进一步图示的，在第一通道的长度114A上的传热系数h和 /或传热面积A小于在第二通道107A的相等长度上的传热系数h和/或传热 面积A。当以第二通道107A为目标来提供对区域105中的工作表面126 的温度控制时，第二通道107A设置于层225内，以比长度114更接近工 作表面126。就图1A所示的实施例而言，当整个第二通道107A设置于区 域105时，所有长度132A、133A与134A都设置于层225内。然而，区 段132A与134A可位于层220中，因层220可影响围绕中心轴101在方位 角θ上的对称性。

图2B根据本发明的实施例而示出沿着图1中所示的温度受控制等离 子体处理腔室部件100的B-B’线的截面图。如进一步所示，在非目标温度 区域105内的传热流体通道的第一长度112B与第三长度114B两者都与较 大的热阻值R₁相关联，例如因为在工作表面126、与第一传热通道长度 112B和第三传热通道长度114B之间更大的距离和/或附加覆盖层227(附 加覆盖层227可经选择以具有相对较低的热导率)而导致传热系数h较 低。

在实施例中，温度受控制部件包括断热器，该断热器设置于工作表面 与非目标温度区域中传热流体通道的长度之间，以增加相对于目标温度区 域内的传热流体通道的第二长度的热阻值。断热器包括比部件100的大部 分具有相对较低热导率的区域。图3A根据本发明的实施例而示出沿着图 1中所示的温度受控制等离子体处理腔室部件100的A-A’线的截面图。如 图所示，断热器330设置于至少一部分的通道长度114A和工作表面126 之间，以相对于工作表面126和通道长度113A内的一点之间的热阻值R₂将工作表面126和通道长度114A内的一点之间的热阻值增加到R₁。在实 施例中，断热器包括排空或稀薄空间。断热器330可以以类似于传热流体 通道113A的方式被形成为层225中的通道，然而，断热器330可被覆盖 层227密封，以使得在断热器330下方不设置连接器228，并在层225内 形成不传导传热流体的空隙。在其它实施例中，层225中所形成的通道填 有热导率比层225的大部分更低的材料，例如非金属材料，诸如陶瓷、塑 料、聚酰亚胺、特氟龙卡普顿等。在替代实施 例中，覆盖层227可以通过在覆盖层227的相对表面(每个表面与层220 与225中的一者匹配)之间结合稀薄空间、或通过包括相对较低热导率的 材料而进一步起到断热器的作用。

图3B根据本发明的实施例而示出沿着图1中所示的温度受控制等离 子体处理腔室部件100的B-B’线的截面图。如图所示，在非目标温度区域 105内的传热流体通道的第一长度112B与第三长度114B两者都与较大的 热阻值R₁相关联，例如因为在工作表面126、与第一传热通道长度112B 和第三传热通道长度114B之间的具有比层225的大部分相对较低的热导 率的断热器而导致传热系数h较低。

在实施例中，传热流体通道在目标温度区域内的长度上包括多个鳍 部，但在目标区域外部的通道长度上则无鳍部，以使得在目标区域内的通 道长度上的传热面积A会较大。图4A根据本发明的实施例而示出沿着图 1中所示的温度受控制等离子体处理腔室部件100的A-A’线的截面图。如 图所示，在区域110中，通道长度113A包括多个拓朴特征部440(例如鳍 部)，这些拓朴特征部440使通道长度113A相对于通道长度114B而言增 大了传热面积/长度(A/L)。因此沿着通道长度113A的累积的热阻值R₂/ 长度会小于沿着通道长度114B的热阻值R₁/长度。在某些其它实施例中， 拓朴特征部440也可设置于第二传热流体通道107A中。

图4B根据本发明的实施例而示出沿着图1中所示的温度受控制等离 子体处理腔室部件100的B-B’线的截面图。如图所示，在非目标温度区域 105内的传热流体通道的第一长度112B与第三长度114B两者都与较大的 热阻值R₁相关联，例如因为传热流体通道长度112B、114B中不包括拓朴 特征部440而导致传热面积/长度(A/L)值较低。如图4A与图4B中进一 步图示者，在传热流体通道的长度之间对传热面积进行调节可实现仅包括 层225与单层通道的简化组件。当然，因为本文所述的任何实施例中大部 分都可彼此结合，因此也可与对传热面积的调节结合来实现多层通道配置 (例如图2A-图3B)，以增加通道的各种长度之间的传热率差异。

在实施例中，阻热材料形成围绕传热流体通道长度的套部，以相对于 缺少这种通道套部的通道的第二长度而提高热阻值。图5A根据本发明的 实施例而示出沿着图1中所示的温度受控制等离子体处理腔室部件100的 A-A’线的截面图。如图所示，在通道长度114B的至少一部分上具有阻热 通道套部550。阻热材料可以例如是断热器实施例中所述的阻热材料中的 任一者，断热器实施例与阻热套部实施例之间的主要不同处为：除了在传 热流体通道与工作表面之间存在外，阻热材料还设置于与传热流体通道的 侧壁相邻处。如图5A中进一步所示者，阻热套部440可以进一步设置在 通道相对于工作表面的一侧上，以使阻热材料完全围绕通道。然而在其它 实施例中，阻热套部550仅存在于通道的三侧上(例如，如图5B中所示 者，图5B图示沿着图1中所示的温度受控制等离子体处理腔室部件100 的B-B’线的截面图)。

阻热通道套部的实施例可以进一步实现部件的单一通道层构造(例如 内嵌于层225内)。根据所选择的阻热材料，本领域中已知的许多技术都 可用以形成阻热套部550。举例而言，涂布处理可被选择性地应用于在层 225中加工的通道的长度和/或选择性地从在层225中加工的通道的长度移 除。在其它实施例中，由阻热材料所取代的层225的大区域接着经加工， 以在阻热材料内形成通道。如图5B中进一步所示的，在非目标温度区域 105内的传热流体通道的第一长度112B与第三长度114B两者都与较大的 热阻值R₁相关联，例如因为在传热流体通道长度112B和114B上阻热套 部550导致传热系数较低。

在另一实施例中，传热流体通道长度具有的第一横截面积大于第二长 度的第二横截面积，以于传热流体在操作期间通过流体通道时调节在传热 流体内发生的对流的程度。图6A根据本发明的实施例而示出沿着图1中 所示的温度受控制等离子体处理腔室部件100的A-A’线的截面图。在所示 的示例性实施例中，通道长度114B的横截面积足够大以确保传热流体在 至少一部分的通道长度114B为层流，而通道长度113B的横截面积足够小 以在该通道长度113B的至少一部分上产生传热流体的紊流。在通道长度 114B与113B内的传热流体流动速率都落于紊流或层流范围的其它实施例 中，长度114B与113B内的不同流体速率会在两段长度之间产生不同的传 热系数h，其中较高的速率会提供较高的传热。应知传热流体通道的横截 面积也可结合本文所述其它实施例(例如图2A-图5B)而被调节以调节传 热流体流动速率。

就所述实施例而言，通道横截面积可通过对覆盖层227加工而进行调 节，在覆盖层227具有突出特征时横截面积较大(例如在通道长度114B 上方的非目标温度区域中)并且在覆盖层227具有完全覆盖层厚度时横截 面积较小(例如在通道长度113B上方的目标温度区域中)。图6B根据本 发明的实施例而示出沿着图1中所示的温度受控制等离子体处理腔室部件 100的B-B’线的截面图。如图所示，在非目标温度区域105内的传热流体 通道的第一长度112B与第三长度112B114B两者都与较大的热阻值R₁相 关联，例如因为在传热流体通道长度112B、114B内的层流/较低速率流动 范围中减少对流而导致传热系数较低。如图6A与图6B中进一步图示，在 传热流体通道的长度间对传热面积进行调节可实现仅包括层225与单层通 道的简化组件。应注意也可通过增加通道的侧向宽度来提供较大的横截面 积。

图7与图8图示了等离子体蚀刻系统，等离子体蚀刻系统包括根据本 发明的实施例的温度受控制部件。等离子体蚀刻系统700可以是本领域中 已知的任何类型高性能蚀刻腔室，例如但不限于：美国加州的Applied Materials所制造的Enabler^TM、MxP+^TM、Super-E^TM、DPS II AdvantEdge^TM G3或腔室。市面上可得的其它等离子体蚀刻腔室 也可包括类似的温度受控制部件。虽然示例性实施例以等离子体蚀刻系统 700进行说明，但是应注意本文所述的温度控制系统构造也可用于在温度 受控制部件上存在热负荷的其它等离子体处理系统(例如等离子体沉积系 统等)。

等离子体蚀刻系统700包括接地腔室705。衬底710经由开口715而 载入且被夹紧到夹具721。衬底710可以是通常应用于等离子体处理领域 中的任何工件，且本发明并不限于此方面。等离子体蚀刻系统700包括温 度受控制处理气体喷头735。在所示的示例性实施例中，处理气体喷头 735包括多个区域110(中央)与105(边缘)，各区域可被独立控制到设 定点温度。其它实施例具有大于两个的区域。就具有大于一个的区域的某 些实施例而言，有n个加热区域和m个冷却区域，其中n不需等于m。举 例而言，在所述实施例中，单一冷却回路(m＝1)经过两个温度区域 (n＝2)。处理气体从气体源745供应，经过质量流控制器749、经过喷头 735而进入腔室705的内部。腔室705经由连接至高容量真空泵堆叠755 的排气阀751而进行排空。

当对腔室705施加等离子体功率时，等离子体形成于衬底710上方的 处理区域中。等离子体偏压电源725耦接至夹具721(例如阴极)以对等 离子体供应能量。等离子体偏压电源725一般具有介于约2MHz至60 MHz间的低频，在特定实施例中，等离子体偏压电源725处于13.56MHz 的频带。在示例性实施例中，等离子体蚀刻系统700包括第二等离子体偏 压电源726，第二等离子体偏压电源726在约2MHz的频带下操作，等离 子体偏压电源726与等离子体偏压电源725连接至相同的RF匹配器727。 等离子体源功率730经由匹配器731而耦接至等离子体产生元件，以提供 源功率而以电感式或电容式对等离子体供应能量。等离子体源功率730一 般具有比等离子体偏压电源725更高的频率，诸如介于100MHz与180 MHz之间，且在特定实施例中，处于162MHz的频带。

温度控制器775可以是软件、或硬件、或软件与硬件的组合。温度控 制器775将输出控制信号，该控制信号至少根据温度传感器766与767而 影响喷头735与等离子体腔室705外部的热源和/或散热器之间的传热率。 在示例性实施例中，温度控制器775直接或间接耦接至热交换器/冷却器 777与782(或热交换器/冷却器777与TE元件、电阻式加热器等)。

热交换器/冷却器777经由传热流体回路778而将冷却功率提供至喷头 735，该传热流体回路778热耦接喷头735与热交换器/冷却器777。在示 例性实施例中，传热流体回路778使液体(例如设定点温度为-15℃下含 50％乙二醇的去离子水)通过冷却剂通道，该冷却剂通道内嵌在喷头735 的内部区域110与外部区域105两者(例如进入接近第一区域处并从接近 另一区域处离开)中，并因此可结合本文所述的任一实施例而在不同区域 之间产生通道的传热差异。温度控制器775耦接至冷却液体脉冲宽度调制 (PWM)驱动器780。冷却液体PWM驱动器780具有任何常用形式，且 对于这些阀为数字式(也即具有二进制状态，完全开启或完全关闭)的实 施例，冷却液体PWM驱动器780经构造以在取决于温度控制器775所发 送的控制信号的工作周期中操作阀720。举例而言，PWM信号可通过计算 机(例如控制器770)的数字输出端口而产生，且该信号可用以驱动继电 器，该继电器控制阀到开启/关闭位置。

在图7所示的实施例中，系统700包括第二热交换器/冷却器782，以 经由传热流体回路779对喷头735提供冷却功率。在示例性实施例中，系 使用传热流体回路779，该传热流体回路779使冷却液体(例如在设定点 温度为-15℃下的含50％乙二醇的去离子水)通过冷却通道，该冷却通道 仅内嵌在喷头735的外部区域105中。温度控制器775耦接至冷却液体脉 冲宽度调制(PWM)驱动器781，以驱动继电器，该继电器控制阀件720 到开启/关闭位置等。

图8图示根据本发明的实施例的等离子体蚀刻系统800的示意图，等 离子体蚀刻系统800包括温度受控制衬底支撑夹具，且该温度受控制衬底 支撑夹具可结合图7中所示的喷头实施例而使用于包括两个温度受控制部 件的等离子体蚀刻系统。如图8进一步所示，夹具721包括内部区域110 与外部区域105，该内部区域110与外部区域105各耦接至独立热源/散热 器(热交换器/冷却器777、778)。如图所示，热交换器/冷却器777耦接 至夹具721中的仅通过内部区域110的传热流体通道；同时，热交换器/冷 却器778耦接至夹具721中的通过外部区域105与内部区域110两者的传 热流体通道，因而可与本文所述的任一实施例结合，以使不同区域间的通 道的传热产生差异。

应了解上述说明仅为说明性而非限制性。本领域技术人员在研读并了 解上述说明后即可明了许多其它实施例。本发明虽参照特定的示例性实施 例而说明，应知本发明并不限于所述实施例，而是可在权利要求书的精神 与范围内进行修改及变化而实施。因此，说明书与附图皆仅作为描述性而 非限制性。因此，本发明的范围应参照权利要求书、以及与权利要求书的 等效的全部范围来决定。